成大生醫力學團隊善用「AMD＋HPE」伺服器 大幅增強跨領域前瞻科研戰力

過去有關失智症研究，皆從生化角度出發，如今由成功大學生物醫學工程系助理教授周鼎贏指導的「生醫力學團隊」（PhysioMech Group；PMG），則從物理力學角度出發，希望以多孔彈性力學理論為基石，發展出能有效觀察腦部退化、預測失智症觸發機率的數學模型，為失智症預防醫學開創更多可能性。

「PMG致力探索工程與醫學之間的重要議題，透過數學與程式相關基礎技術訓練，讓團隊成員有能力找出腦部病理生理參數」周鼎贏說，更有甚者，PMG可繼續善用計算力學與影像處理技術等，解決生醫領域以外其他產業應用問題，如醫材開發設計、半導體製程、國防科技發展…等，啟動多元跨域產學合作契機。

不可諱言，腦部病理生理參數繁多，唯有借助高效能運算（HPC）技術與堅強算力，才能在茫茫大海中快速撈出關鍵神針，避免延誤解題黃金時間；算力強大與否，奠基於處理器核心數必須夠多，主機承載的記憶體容量必須夠大。為此PMG經過審慎評估，決定引進12台HPE ProLiant DL385 Gen10伺服器，並搭載AMD EPYC™ 7003系列處理器（涵括代號為『Milan』和『Milan-X』），打造一群匯聚128個核心，最大2TB RAM的HPC節點，幫助團隊成員加速獲取模擬運算結果。

持續深耕VPH技術，助臺灣開創下世代明星產業

周鼎贏表示，多年前他在英國牛津大學攻讀工程科學暨生物醫學工程博士時，曾參與歐盟委員會第七期科研架構（FP7）的「使用資訊科技支持失智症研究計畫」（VPH-DARE@IT）。VPH（Virtual Physiological Human）為「虛擬生理人」，類似工業界數位孿生概念，依據病患體內狀況製作3D虛擬數位影像，幫助醫病雙方直觀地理解當前病情，預測未來病程變化。

當初他參與VPH-DARE@IT計畫時，便是從力學角度出發，建立虛擬大腦模型。後來學成歸國，他決定成立PMG團隊，繼續深耕VPH技術，並基於HPC架構建立更精準的虛擬大腦模型；因為他認為臺灣擁有深厚的醫學及ICT硬體根底，若能結合軟體技術，有望將VPH發揚光大，協助臺灣創造下一世代明星產業。

周鼎贏強調，其投入失智症研究的初衷，並非取代生物化學，而是相輔相成。過往生化研究成果，可轉化為數學模型，作為物理力學的「墊腳石」，再利用有限元素法等相關數值方法對統御方程式進行離散，由電腦產出計算結果，讓失智症的根因更加具像化。

談到如何尋找失智症生物標記，PMG採取的具體做法，乃是先基於蒙地卡羅法，利用大量撒點求取答案區間，再透過多目標機器學習搜尋法來加快解題速度。換言之，PMG僅需發動一次大量撒點求解，讓機器在一旁學習，爾後即可憑藉多目標機器學習搜尋法，加速解決虛擬大腦的參數問題，無需每次都耗時執行蒙地卡羅模擬。

無庸置疑，欲提升計算速度，除需具備精良的演算法，亦須搭配優異的HPC架構，其中包含經由先進半導體製造所淬鍊的多核心處理器，及兼具記憶體擴充力、系統管理性的伺服器。周鼎贏透露，以往PMG成員藉由桌機運算，針對1,000秒腦部現象來配置網格，竟歷時4個月之久，顯見仍有莫大的算力精進空間。

以伺服器取代桌機，讓參數搜尋時間驟減98%

從2021年開始，PMG便與擅長校園機房及核心網路規劃的SI夥伴擎昊科技合作，逐步建構以第3代AMD EPYC™處理器、HPE ProLiant DL385 Gen10伺服器為軸心的HPC架構。

為何青睞「AMD＋HPE」組合？周鼎贏指出，針對AMD部份，首要關鍵在於第3代AMD EPYC™處理器提供相對多的核心數，至多可達64個，其次該CPU最多擁有768MB的L3快取，兩頂條件皆遠勝市場上其他商用CPU。眾所周知L3快取比起記憶體更靠近處理器，所以其容量越大，對性能的提升效果就越顯著，為PMG的多孔力學、機器學習、計算流體力學…等運算工作如虎添翼。

再者第3代AMD EPYC™處理器係以7nm製程打造而成，比起當時友商採用的10nm製造更為先進，可形塑更大的每瓦效能優勢，使PMG執行的每一個Job用電量都更為降低，迎合現今舉世關注的ESG趨勢。

至於HPE ProLiant DL385 Gen10伺服器，最大亮點在於提供多達32個DIMM插槽，至多支援2TB記憶體容量，此一特質對於HPC至關重要。此外HPE ProLiant系列伺服器配置諸如iLO 5等強大管理工具，讓PMG無需耗時費力，即可確保主機穩定運行，如期如質推動每個研究計畫。HPE 成長企業事業處 副總經理 胡金雲提到，近年來因應ESG議題，不論企業或是學校對於節能減碳議題更加重視，而HPE的Compute Ops Management 正好可以幫助客戶紀錄HPE伺服器的估計總碳排放量與每日碳排放量等資訊，協助落實碳足跡報告。

隨著這些HPC資源到位，使PMG獲益良多。比方說從前使用桌機（AMD 16核）執行單次的128萬筆參數搜索，平均費時15.5個月，若要取得完整結果，至少需執行三次以上，導致總體花費時間長達46.5個月；如今利用8台HPC節點，共計1,024核心來執行相同作業，僅歷時約1週，即便執行三次也只花費3週，便能得出一樣結果，形同大幅縮減98.4%作業時間。

除生醫研究外，PMG亦承接來自半導體製程設備商、被動元件廠與醫材廠商的產學顧問案，拜運算核心數與記憶體容量同步擴大所賜，得以實現從前無法達成的全尺寸運算，能綜觀整個機台或烤爐腔體內所有現象，取代過去簡化環境後再執行模擬的做法，更精準發掘影響良率的關鍵參數與經由電腦輔助設計做出最適切的產品方案。

展望今後，PMG將與擎昊持續合作，隨時掌握像是96核心的第4代AMD EPYC™處理器（代號為Genoa），乃至HPE ProLiant DL385 Gen11伺服器等新產品的供貨情況，力求將HPC環境提升至更強狀態，發揮最豐沛的跨領域前瞻科學與新創工程等研究量能。